矿井人员定位系统关键设备研究与开发

发布时间：2017-04-11 07:20

  本文关键词：矿井人员定位系统关键设备研究与开发，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：煤矿行业中,日常安全生产管理以及事故发生后的紧急救援始终是业内人员高度关注的热点课题。矿井人员定位系统能够实现对井下作业人员的实时定位,在提高生产和管理效率的同时,为事故后的紧急救援提供准确的位置信息,使得救援的效率大大提升。因此,建立一套完善的矿井人员定位系统具有重大的现实意义。本文分析了国内外矿井人员定位系统的研究与发展现状,介绍了RFID技术的特点、标准、工作原理以及发展历程,并对电子标签和读写器的组成以及RFID系统中防碰撞问题进行了深入的研究。在此基础上,通过对矿井人员定位系统功能需求、井下射频系统的工作频段、人员定位方案以及井下通信方案的详细分析,给出了基于工业以太网和RS-485总线通信方案的矿井人员区域定位系统总体设计方案,并据此对矿井人员定位系统中关键设备——识别分站与监测分站的软件和硬件进行了设计与实现。为了满足矿井人员定位系统对实时性的要求,本文通过分析监测分站的轻量级TCP/IP协议栈(Lightweight Internet Protocol, LwIP)的内部机制及性能瓶颈,设计并实施了LwIP的实时性优化方案。同时,考虑到矿井人员定位系统中存在紧急数据(比如报警信息)需要以比普通数据更高的优先级发送到网络上的情况,本文设计了LwIP优先级管理机制,确保采用DSCP (Differentiated Services CodePoint)协议进行高优先级标记的紧急数据传输时优先于普通数据。最后,实验表明,本文的优化方法可以显著提高LwIP的实时性性能。
【关键词】：人员定位 工业以太网 LwIP 优化 实时性
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TD76;TP391.44
【目录】：

• 致谢7-8
• 摘要8-9
• ABSTRACT9-15
• 第一章 绪论15-19
• 1.1 课题背景及意义15
• 1.2 国内外研究现状15-18
• 1.2.1 国外研究现状15-16
• 1.2.2 国内研究现状16-18
• 1.3 主要研究内容18
• 1.4 本文章节安排18-19
• 第二章 射频识别19-38
• 2.1 射频识别技术19-23
• 2.1.1 RFID技术概述19
• 2.1.2 RFID技术特点19-20
• 2.1.3 RFID技术标准20-22
• 2.1.4 RFID发展历程22-23
• 2.2 射频识别系统23-27
• 2.2.1 RFID系统的组成23-24
• 2.2.2 RFID系统的分类24-25
• 2.2.3 RFID系统通信过程25-27
• 2.3 电子标签27-30
• 2.3.1 电子标签的类型27-28
• 2.3.2 电子标签的组成28-30
• 2.4 读写器30-32
• 2.4.1 读写器的组成31-32
• 2.4.2 读写器的功能与工作方式32
• 2.5 防碰撞问题32-37
• 2.5.1 概述32-33
• 2.5.2 读写器碰撞与标签碰撞33-34
• 2.5.3 读写器防碰撞协议34
• 2.5.4 标签防碰撞协议34-37
• 2.6 本章小结37-38
• 第三章 矿井人员定位系统设计与实现38-61
• 3.1 总体分析与设计38-44
• 3.1.1 功能需求分析38
• 3.1.2 射频系统工作频段选择38-39
• 3.1.3 人员定位方案分析39-40
• 3.1.4 井下通信方案分析40-43
• 3.1.5 总体方案设计43-44
• 3.2 识别分站软硬件设计44-56
• 3.2.1 识别分站硬件设计44-48
• 3.2.2 识别分站软件设计48-56
• 3.3 监测分站软硬件设计56-60
• 3.3.1 监测分站硬件设计56-57
• 3.3.2 监测分站软件设计57-60
• 3.4 本章小结60-61
• 第四章 LWIP协议栈机制分析与优化61-73
• 4.1 前言61
• 4.2 LwIP介绍61
• 4.3 LwIP分析61-65
• 4.3.1 LwIP与嵌入式系统的关系61-62
• 4.3.2 LwIP模块架构62-64
• 4.3.3 LwIP数据处理64-65
• 4.4 性能瓶颈分析65-66
• 4.4.1 分析工具65
• 4.4.2 测量方法65-66
• 4.4.3 测量结果66
• 4.4.4 结果分析66
• 4.5 优化方法66-70
• 4.5.1 内存拷贝算法优化66-68
• 4.5.2 校验算法优化68
• 4.5.3 优先级管理机制68-70
• 4.6 实验70-71
• 4.7 本章小结71-73
• 第五章 总结与展望73-75
• 5.1 课题总结73
• 5.2 课题展望73-75
• 参考文献75-79
• 攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况79-80

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